作物需水量和灌溉用水量课件.ppt

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1、关于作物需水量和灌溉用水量现在学习的是第1页，共71页作物需水量A、旱田作物需水量:植株蒸腾和棵间蒸发合称腾发量(evapotranspiration),也称为作物需水量(Water requirement of crops)影响需水量的因素现在学习的是第2页，共71页田间耗水量:腾发量与渗漏量之和.水田深层渗漏的两重性A 浪费水量肥料，污染地下水和提高地下水位，对后期作物影响。B、改善土壤通气和氧化还原状况现在学习的是第3页，共71页作物需水量在农业用水和国民经济用水中的比例作物需水量是农业用水的主要组成部分。作物需水量以水汽形式散入大气，无法再利用现在学习的是第4页，共71页3、作物需水量

2、计算方法一、影响作物需水量的因素气象条件:气温、大气湿度、风速、日照时间、辐射强度作物条件：作物品种、叶面积指数（单位土地面积上的叶片面积、生育阶段现在学习的是第5页，共71页土壤因素：土壤含水量、土壤质地、地下水埋深等作物状况受到气象和土壤条件的限制。如当土壤水分较少时，作物生长受到抑制，叶面积指数较小，同时气孔开度减小，蒸腾和蒸发量减少。充分灌溉条件下影响需水量的因素是气象因素、叶面积指数和生育阶段。现在学习的是第6页，共71页二、计算方法直接计算法从影响作物需水量的因素中选择主要因素，如水面蒸发、气温、湿度、日照和辐射等，根据试验观测资料，分析上述因素与作物需水量之间的根系，归纳出经验公

3、式现在学习的是第7页，共71页1、以水面蒸发为参数(值法)气象因素与水面蒸发量关系密切，而水面蒸发与作物需水量有一定的相关关系，因此可以用水面蒸发和需水量的相关关系计算需水量。ETaE0bET=aE0现在学习的是第8页，共71页说明蒸发量简单易得，在水稻地区曾被广泛应用。除注意蒸发皿的规格安装方法外，还应考虑非气象条件的影响。如土壤、水文地质、农业措施等该方法具所获得的参数具有很强的地域局限性现在学习的是第9页，共71页2、以产量为参数(K值法)原理:作物产量是综合措施之结果。一定气象条件下，作物需水量随着产量提高而增加。一般情况下，产量与需水量呈抛物线或指数关系。需水量达到一定水平后，产量会

4、停止增加甚至减少。现在学习的是第10页，共71页常用经验公式:ET=KY 或 ET=KYn+CET需水量；K，C，n经验常数和经验指数；Y单位面积经济产量产量现在学习的是第11页，共71页K值法说明可以根据计划产量减少出需水量,简单,但需要大量灌溉资料.便于进行灌溉经济分析使用条件：对于水分是产量主要制约因素的旱田较为有效，而对水田和灌水充分地区较差。现在学习的是第12页，共71页3、模系数法用于各生育阶段需水量原理：确定全生育期需水量，根据各生育阶段的需水规律，按照一定比例进行分配现在学习的是第13页，共71页Eti=1/100KiETEti 第I个生育阶段的需水量Ki为需水量模比系数，可由

5、试验资料确定，其他各项意义同前。现在学习的是第14页，共71页 间接法通过参考作物需水量间接计算作物实际需水量ET0，乘以相应的作物系数，得到作物实际需水量参照作物需水量(Reference crop Evapotranspiration)是指土壤供水充分、地面完全覆盖、生长正常、高矮整齐的开阔矮草地的腾发量。该条件下，需水量主要受气象条件影响。现在学习的是第15页，共71页1、参考作物需水量计算方法 能量平衡法：原理：作物腾发是能量消耗过程，通过平衡计算求出腾发耗能，折算成水量，即为作物需水量。腾发耗能主要以热能形式进行，热能的主要由太阳提供。现在学习的是第16页，共71页彭曼公式目前最主要

6、的潜在需水量计算公式需水量取决于辐射、气温和干燥力利用常规气象资料计算作物潜在腾发量目前最新为FAO1992年的改进公式。教科书中为1979年FAO确定。现在学习的是第17页，共71页第二节 灌溉制度(Irrigation Schedule)基本概念：作物播种前（水稻插秧）及全生育期内灌水次数、灌水日期和灌水定额及其灌溉定额合成为灌溉制度灌溉制度是灌区规划管理的依据，据此确定灌区建筑物规模和控制面积。现在学习的是第18页，共71页灌水定额：单位面积上一次灌水量；灌溉定额：灌水定额之和。灌水定额河灌溉定额：mm或m3/ha（亩不是法定单位，一般不在正式文献中出现)现在学习的是第19页，共71页一

7、、充分灌溉(Full Irrigation)条件下的灌溉制度 充分灌溉：作物各生育阶段所需的水分都能够得到充分灌溉：作物各生育阶段所需的水分都能够得到要求，作物处于最佳分条件，产量最高。要求，作物处于最佳分条件，产量最高。非充分灌溉（Deficit Irrigation)Deficit Irrigation)灌溉供水不足，不能充分满足作物各阶段的需水量要求，其实灌溉供水不足，不能充分满足作物各阶段的需水量要求，其实际腾发量小于充分灌溉条件下的需水量。际腾发量小于充分灌溉条件下的需水量。充分灌溉是目前使用最广泛的灌水方法，适于水源丰富地区。目充分灌溉是目前使用最广泛的灌水方法，适于水源丰富地区。

8、目前的灌溉制度、通常是充分灌溉条件下的灌溉制度前的灌溉制度、通常是充分灌溉条件下的灌溉制度现在学习的是第20页，共71页现在学习的是第21页，共71页充分灌溉条件下灌溉制度确定1、总结群众灌水经验根据设计要求的干旱年份，调查不同作物不同生育阶段的需水量、灌水次数、灌水定额、灌溉定额等。感性认识强，便于农民接受，较为实用。感性认识强，便于农民接受，较为实用。水文年份和灌溉保证率的概念模糊，不易量化水文年份和灌溉保证率的概念模糊，不易量化。现在学习的是第22页，共71页2、根据灌溉试验资料制定在有灌溉试验站的地区，可根据设计代表年的灌溉试验资料确定；注意试验站的代表性。如：地理位置、气象、农作措施

9、等。现在学习的是第23页，共71页3、按照水量平衡法制定灌溉制定原理：A A：作物在一定的土壤含水量或水层深度范围内能够生：作物在一定的土壤含水量或水层深度范围内能够生长良好，如果超过该范围，生长和产量受到抑制和降长良好，如果超过该范围，生长和产量受到抑制和降低。合理的灌溉制度应使得作物土壤含水量或水层深低。合理的灌溉制度应使得作物土壤含水量或水层深度处于该范围内。度处于该范围内。适宜范围，是参考群众丰产经验或试验资料而得到。适宜范围，是参考群众丰产经验或试验资料而得到。B B：任何时段内农田水分变化，等于该时段来水：任何时段内农田水分变化，等于该时段来水与耗水之间的消长。与耗水之间的消长。现

10、在学习的是第24页，共71页 水稻灌溉制度：1、泡田定额：MM1 10.667(h0.667(h0 0S S1 1e e1 1t t1 1P P1 1)式中式中:MM1 1泡田定额，泡田定额，mm3 3/亩；亩；h h0 0插秧时所需水深，插秧时所需水深，mmmm；S S1 1泡田期渗漏量，泡田期渗漏量，mmmm；e e1 1泡田期水田平均蒸发强度，泡田期水田平均蒸发强度，mm/dmm/d；t t1 1泡田时间，泡田时间，d,d,P P1 1泡田期间的降雨量，泡田期间的降雨量，mmmm。现在学习的是第25页，共71页1、泡田定额：MM1 10.667(h0.667(h0 0-S-S1 1+e+

11、e1 1t t1 1-P-P1 1)式中式中:MM1 1泡田定额，泡田定额，mm3 3/亩；亩；h h0 0插秧时所需水深，插秧时所需水深，mmmm；S S1 1泡田期渗漏量，泡田期渗漏量，mmmm；e e1 1泡田期水田平均蒸发强度，泡田期水田平均蒸发强度，mm/dmm/d；t t1 1泡田时间，泡田时间，d,d,P P1 1泡田期间的降雨量，泡田期间的降雨量，mmmm。现在学习的是第26页，共71页2、生育期水量平衡方程h1+P+m-WC-d=h2 h h1 1、h h2 2时段初、末水田水深；时段初、末水田水深；P P时段内降雨，时段内降雨，mmmm；d d时段排水量，时段排水量，mmm

12、m；mm时段灌水量，时段灌水量，mm;mm;WCWC时段内耗水量时段内耗水量（蒸腾渗漏）（蒸腾渗漏），mmmm。现在学习的是第27页，共71页水稻适宜的水层深度范围：hminhmax当水层深度降低到灌水下限时，开始灌溉，灌水量为：m=hmaxhmin若雨后田内水深大于允许蓄水深度，排水量d=ha hpha雨后水深，hp雨后允许蓄水深度。现在学习的是第28页，共71页3、水稻灌溉制定（1 1）收集基本资料，主要包括：）收集基本资料，主要包括：1)1)水稻各生育阶段的耗水强度水稻各生育阶段的耗水强度;2)2)各生育阶段降雨量各生育阶段降雨量;3)3)各生育阶段适宜水深及各生育阶段适宜水深及最大蓄水

13、深度最大蓄水深度。雨后最大蓄水深度：为充分利用降雨量而允许短期水雨后最大蓄水深度：为充分利用降雨量而允许短期水深。深。（2 2）逐日计算水层变化。低于下限时灌溉，高于）逐日计算水层变化。低于下限时灌溉，高于雨后最大蓄水深度时排水至该值。雨后最大蓄水深度时排水至该值。灌水至适宜水深上限，灌水定额一般取整数。适宜上下限并非灌水至适宜水深上限，灌水定额一般取整数。适宜上下限并非绝对不可改变。绝对不可改变。现在学习的是第29页，共71页4、计算实例 6 6月月2020日：初始水深日：初始水深18mm18mm，日需水量，日需水量5mm/d5mm/d，日渗漏，日渗漏量量3mm/d,3mm/d,适宜水深适宜

14、水深1010303050mm50mm；6 6月月2222日降雨量日降雨量100mm100mm，此后无降雨，确定下次灌水日，此后无降雨，确定下次灌水日期及灌水定额。期及灌水定额。排水排水6 6月月2222，灌溉，灌溉6 6月月2828日。日。现在学习的是第30页，共71页日期日期日耗水日耗水量量（mm)mm)降雨量降雨量(mm)(mm)水层变化水层变化（mm)mm)灌水量灌水量（mm)mm)排水量排水量（mm)mm)6.206.208 820206.216.218 812126.226.228 810010050(4)50(4)54546.236.238 842426.246.248 83434

15、6.256.258 826266.266.268 818186.276.278 812126.286.288 84+20=244+20=242020现在学习的是第31页，共71页5、说明一般情况下灌水量为整数，便于计算。水稻烤田期间水层可能出现负数。烤田的作用在于减少无效分蘖及水肥浪费。烤田的作用在于减少无效分蘖及水肥浪费。负数表示土壤含水量低于饱和含水率。负数表示土壤含水量低于饱和含水率。现在学习的是第32页，共71页旱种物灌溉制度原理：以作物主要根系吸水层作为灌水计划湿润层，将该层内的土壤含水量保持在作物所要求的范围内。当计划湿润层(平均)土壤含水量低于设计灌水下限时,需要灌水,高于上限时

16、,一般需要排水(通常在渍涝危害情况下).现在学习的是第33页，共71页1.水量平衡方程计划湿润层含水量变化可用下式表示Wt-W0=Wr+P0+K+M-ET WW0 0 、WWt t时段末和任意时间的土壤储水量；时段末和任意时间的土壤储水量；WWr r由于计划湿润层增加而增加的水量；由于计划湿润层增加而增加的水量；K K地下水补给水量；地下水补给水量；MM灌水量；灌水量；ETET作物需水量作物需水量 P P0 0保存在计划湿润层中的有效雨量。保存在计划湿润层中的有效雨量。现在学习的是第34页，共71页A、无降雨条件下土壤水分平衡方程 WWminmin=W=W0 0ETETK K WWminmin

17、-土壤计划湿润层允许最小储水量土壤计划湿润层允许最小储水量;若已知初始土壤储水量若已知初始土壤储水量WW0 0，可推算出下次灌水间距可推算出下次灌水间距:t=t=(W(W0 0-W-Wminmin+K)/e+K)/e或或 t=(Wt=(W0 0-W-Wminmin)/(e-k)/(e-k)k-k-地下水日补给量地下水日补给量.现在学习的是第35页，共71页B、灌水定额计算1)m=667nh(max-min)m-m-灌水定额，灌水定额，mm3 3/亩；亩；maxmax，minmin允许最大和最小允许最大和最小土壤含水率土壤含水率(占土壤占土壤孔隙体积的百分数孔隙体积的百分数););n-n-土壤孔

18、隙率；土壤孔隙率；H-H-计划湿润层深度计划湿润层深度，mm现在学习的是第36页，共71页2)m=10000nh(max-min)或 mm灌水定额，灌水定额，mm3 3/ha/ha max,minmax,min允许含水量上下限允许含水量上下限(占土壤孔隙体占土壤孔隙体积的百分数积的百分数););n-n-土壤孔隙率土壤孔隙率;-土壤干容重土壤干容重,t/mt/m3 3 H-H-计划湿润层深度计划湿润层深度,mm mm3 3/ha /ha 是标准单位是标准单位,用于正式文件中用于正式文件中.现在学习的是第37页，共71页2、基本资料收集1)土壤计划湿润层深度土壤计划湿润层深度指旱田灌溉时，计划调节

19、土壤水分状况的土层深度。与作物种类、生育阶段和土壤性质、地下水位有关。现在学习的是第38页，共71页2土壤适宜含水率和最大、最小含水率与作物种类、土壤理化性质和土壤状况有关。旱田灌溉中通常以田间持水量为最大含水率，作为旱田灌溉中通常以田间持水量为最大含水率，作为灌水上限。灌水上限。盐碱地含水率应满足盐类溶液浓度要求的最小含水盐碱地含水率应满足盐类溶液浓度要求的最小含水率。率。以允许含水率上下限控制，可以减少灌溉次数。以允许含水率上下限控制，可以减少灌溉次数。现在学习的是第39页，共71页3降雨入渗量储存于计划湿润层内的雨量。P 降雨入渗系数，与次降雨量、地形及土壤质地和覆盖有关。与次降雨量、地

20、形及土壤质地和覆盖有关。l l超过计划湿润层田间持水量的降雨是无效水量。超过计划湿润层田间持水量的降雨是无效水量。现在学习的是第40页，共71页4 地下水补给量通过毛管上升到作物根系层而被作物吸收的水量。K与地下水埋深、土壤质地、作物根系分布、计划湿润层深度有关。可用占需水量的百分数表示。现在学习的是第41页，共71页5 由于计划湿润层增加而增加的水量WT由于根系下扎，计划湿润层加大，可利用深层土壤水分WT667(H2-H1)n 单位:m3/亩WT1000(H2-H1)n 单位:m3/ha-增加土层中的平均含水率现在学习的是第42页，共71页3、旱作物播前灌水定额M1667(max-0)Hn

21、单位:m3/亩M110000(max-0)Hn 单位:m3/haH-计划湿润层厚度，m；n-土壤孔隙率(占土壤体积的百分数)0初始含水率。现在学习的是第43页，共71页4、灌溉制度制定步骤（略）1)根据各旬的计划湿润层厚度和作物要求的含水率上限、下限，计算出允许储水量上下限，绘于图中。Wmax=667nhmaxWmin=667nhmin现在学习的是第44页，共71页2绘制作物需水量累积曲线ET、计划湿润层增加而增加的水量累积量WT、地下水累积补给量K以及净耗水量曲线ETWTK 需水量需水量累积累积曲线的斜率为日需水量，其他类推。（例）曲线的斜率为日需水量，其他类推。（例）3)根据降雨量计算次入

22、渗水量P0，绘制累积曲线。多日降雨可在降雨中间日多日降雨可在降雨中间日（或最大降雨日）（或最大降雨日）一次增加一次增加。现在学习的是第45页，共71页4)自初始值 W0逐旬减去ET-WT-K，即从起始点引平行线平行于ET-WT-K线，遇到降雨时加上P0即得计划湿润层实际储水量W曲线.5)若W曲线接近于Wmin,即土壤含水率达到下限，开始灌水。灌水量为储水上下限之差.6)如此往复计算，可得到灌水次数和灌溉定额.现在学习的是第46页，共71页说明灌溉除考虑水量盈亏外，还应该考虑作物本身的生理要求，并与农业措施相结合.如灌水量过小，可能无法依靠地面灌溉技术实施.对于微灌技术，其灌水上限可能低于田间持

23、水量.现在学习的是第47页，共71页现在学习的是第48页，共71页二、非充分灌溉条件下的灌溉制度水分生产函数crop water production function(CWPF)作物产量与作物需水量之间的数量关系常用公式:Ya=Yma+bW-cW2现在学习的是第49页，共71页（二）作物一水模型（Model of Crop Response to Water 简称MCRW）定义:作物生长过程中各阶段水分状况对产量影响的数学描述，用以预测水分亏缺对产量的定量影响。现在学习的是第50页，共71页 Ya亏水处理作物实际产量；Ym最大可能产量；ETai第i个生育阶段的作物实际需水量；ETmi最佳水分

24、条件下第i个生育阶段作物的最大可能需水量；i第i个生育阶段的水分敏感指数。现在学习的是第51页，共71页非充分灌溉原理非充分灌溉(Deficit Irrigation)灌溉水资源不足，无法满足各生育阶段需水量要求而采取的灌溉制度。需水量ET亏缺的灌溉（Evapotranspirstion deficit Evapotranspirstion deficit irrigation EDI),irrigation EDI),即ETaETm ETaETa、ETETmm实际腾发量和实际腾发量和潜在腾发量潜在腾发量现在学习的是第52页，共71页非充分灌溉原理在水源短缺地区，减少用水量及其相应生产费用(劳

25、动力和燃料等)，单位面积产量可能降低，但是由于费用降低，或者有限水量可以灌溉更多土地，使得总效益最高。现在学习的是第53页，共71页非充分灌溉制度原理:减少非关键期的灌水，保证关键期用水.主要通过作物-水模型的缺水敏感指数合理分配有限水量.或者采用其他优化方法在有限水量下获得最大收益.多用控制下限含水量的方法。常用非充分灌溉理论 调亏灌溉、控制性分根交替灌溉、水稻旱种技调亏灌溉、控制性分根交替灌溉、水稻旱种技术等术等现在学习的是第54页，共71页第三节 灌溉用水量定义：灌溉土地需从水源所取水量影响灌用水量的因素：灌溉面积、作物种植比例、土壤、水文和气象等灌溉用水量影响灌溉工程规模现在学习的是第

26、55页，共71页一、设计典型年选择概念：年灌溉用水量与降雨量有关，在规划灌溉工程时，需要选择特定的水文年份作为规划和设计依据。该特定水文年份称为设计典型年。设计典型年的灌溉用水量称为设计灌溉用水量。现在学习的是第56页，共71页设计典型年选择的依据确定灌溉设计保证率：某灌溉工程在长期使用工程中灌溉用水得到某灌溉工程在长期使用工程中灌溉用水得到保证的年数占总年数的百分数。保证的年数占总年数的百分数。P P5050（平水年）、（平水年）、7575中等干旱年。中等干旱年。频率计算：列出历年的降雨量资料（年降雨量或灌溉季节列出历年的降雨量资料（年降雨量或灌溉季节降雨量、灌溉用水量），进行频率分析，确定

27、降雨量、灌溉用水量），进行频率分析，确定不同干旱程度的典型年份。根据设计标准（如不同干旱程度的典型年份。根据设计标准（如设计灌溉保证率），选择合适的典型年。设计灌溉保证率），选择合适的典型年。现在学习的是第57页，共71页例如，灌溉设计保证率为75，则选择降雨（或用水量）频率为75的年份作为设计典型年。相同或相近降雨量的年份可能有多个，这时应选择降雨分配对作物生长不利的年份作为设计典型年。现在学习的是第58页，共71页二、典型年灌溉用水量及用水工程线净灌溉用水量：某作物一次灌水灌到田间的水量：WmAA作物面积，m-m-灌水定额灌水定额可得到某种作物和灌区总的用水过程线现在学习的是第59页，共7

28、1页毛灌水量和毛用水过程线水量损失及其原因灌溉水利用系数：净灌溉用水量于毛灌溉用水量之比 水=W净/W毛将净用水量换成毛用水量即得到毛用水过程线。该过程线是确定灌溉工程规模的依据该过程线是确定灌溉工程规模的依据现在学习的是第60页，共71页综合灌水定额某时段的综合灌水定额是全灌区该时段内各种作物灌水定额的加权平均数。m综合=m11+m22+m33+.式中式中 1、2不同作物种植面积与全灌区面积不同作物种植面积与全灌区面积的比值。的比值。mm1 1、mm2为不同作物的灌水定额为不同作物的灌水定额现在学习的是第61页，共71页时段用水量灌溉定额W总 A m综合，净计算毛灌水定额的意义或者直接利用各

29、作物的用水量之和计算。现在学习的是第62页，共71页三、多年灌溉用水量和灌溉用水频率曲线计算方法：配线法 PIII型曲线。步骤：1、收集多年降雨资料和作物资料2、计算每年的灌溉用水量3、进行灌溉用水量频率计算4、选择设计频率的灌溉用水量现在学习的是第63页，共71页四、乡镇供水新建灌区必须考虑乡镇供水问题老灌区可采用扩大供水能力和压缩农业用水的方法实现。乡镇供水量指标根据当地实际情况确定现在学习的是第64页，共71页第四节 灌水率（灌水模数）概念:灌区单位面积(国内通常以万亩计算)所需要的净流量.某种作物一次灌水需要的净流量现在学习的是第65页，共71页（一）影响灌水率的因素1 灌水延续时间作

30、物关键需水期延续时间不宜过长,其他时段可以适当延长.2 灌水定额 可以考虑节水灌溉可以考虑节水灌溉3 作物种植比例 水量不足时可考虑改变种植比例水量不足时可考虑改变种植比例现在学习的是第66页，共71页（二）灌水率修正1.修正的原因：渠道流量大小悬殊，供水断断续续，不利于设计和运行管理。水位频繁升降可能造成坍塌、冻胀危害；水位频繁升降可能造成坍塌、冻胀危害；造成闸门的频繁开闭，不利于管理。造成闸门的频繁开闭，不利于管理。水位衔接困难。水位衔接困难。现在学习的是第67页，共71页2.修正的原则A：尽量不改变主要作物关键用水期的各次灌水时间；若必须调整，以前移为主，前后不超过三天；若必须调整，以前移为主，前后不超过三天；B：调整后灌水率均匀连续，最小灌水率不小于最大灌水率的40。灌水率过小（大）时可以缩短（延长）灌水时间进灌水率过小（大）时可以缩短（延长）灌水时间进行调整。行调整。现在学习的是第68页，共71页现在学习的是第69页，共71页现在学习的是第70页，共71页感感谢谢大大家家观观看看9/25/2022现在学习的是第71页，共71页